Адаптивный регулятор Советский патент 1986 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и автоматизированному вентильному электроприводу и может быть использовано при разработке систем управления тиристорными преобразователя- ми для различных областей народого хозяйства.

Цель изобретения - повышение точности линеаризации характеристики преобразователя по току нагрузки.

На фиг. 1 представлена схема адаптивно- го регулятора тока; на фиг. 2 - схема дельта-модулятора; на фиг. 3-6 зави симости Крш(А.) для различных величин пульса тока при активной (фиг. 3 и 4) и активно- индуктивной нагрузке (фиг. 5 и 6). Там же приведены диаграммы напряжений в различных точках устройства. При этом ось абсцисс для t и Я совмещена, как соответствующая одинаковым состояниям различных устройств.

Адаптивный регулятор тока содержит задающий генератор 1, ключевой элемент 2, счетчик 3, мoдyv ятop 4 длительности импульсов, пропорциональной скорости нарастания входного сигнала, генератор 5 ступенчатого напряжения, компаратор 6, реле 7 времени, блок 8 триггеров, нуль-орган 9, элемент ИЛИ 10, интегральный регулятор эле.мен- та И, пропорциональный регулирующий элемент 12, сумматор 13, блок 14 коммутации с ключа.ми (ключи интегрального регулирующего элемента 11) и блок 15 коммутации с ключами (ключи пропорционального регу- лирующего элемента 12).

Модулятор 4 состоит из интегратора 16, первого ключа 17, второго ключа 18, триггера 19, источника 20 положительного опорного напряжения, источника 21 отрицательного опорного напряжения, блока 22 сравнения.

Выходы блока 8 триггеров подключены к управляющим входам ключей 14 и 15 блоков коммутации интегрального 11 и пропорционального 12 регулирующих элементов, информационные входы соединены с выходами счетчика 3, тактирующий вход - с выходом компаратора 6. Вход регулятора соединен с первыми входами компаратора 6 и модулятора 4 и одновременно через реле 7 времени и нуль-орган 9 соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 1Q, выход которого соединен с установочным входом счетчика 3, генератора 5 пилообразного напряжения, блока 8 триггеров и через ключевой элемент 2 соединяет задающий генератор 1 с вторым входом модулятора 4 и счетным входом счетчика 3.

Первый вход модулятора 4 соединен с вторым входом блока 22 сравнения, первый вход которого соединен с выходом интегратора 16, а выход - с информационным (первым) входом триггера 19 (на фиг. 2 приведен вариант дельта-модулятора с ис- пользованием D-триггера, хотя триггер 19 может быть любым). Тактирующий (второй) вход триггера 19 через второй вход дельта

модулятора 4 соединен с выходом ключевого элемента 2. Выходы триггера 19 через ключи 17 и 18 соединены с источниками 20 и 21 опорных напряжений и с входом интегратора 16: прямой выход Q через ключ 17 - с источником 20 положительного упорного напряжения, инверсный выход Q через ключ 18 - с источником 21 отрицательного опорного напряжения. Инверсный выход Q триггера 19 соединен с выходом модулятора 4, а последний через генератор 5 ступенчатого напряжения - с вторым входом компаратора 6.

Устройство в режиме прерывистого тока работает следующим образом.

.При появлении тока в якорной цепи на первые входы компаратора 6 и модулятора 4, а также на вход реле 7 и нуль-органа 9 поступает аналоговый сигнал. Пусть до появления якорного тока электропривода на прямом выходе триггера 19 присутствует сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения (ключ 17 замкнут), тогда на инверсном выходе триггера 19 присутствует сигнал, соответствующий низкому уровню напряжения (ключ 18 разомкнут).

Пусть второй вход блока 22 сравнения - инвертирующий, а первый вход блока 22 сравнения - неинвертирующий. В этом случае при отсутствии якорного тока на выходе блока 22 сравнения присутствует низкий уровень напряжения. При появлении якорного тока и приходе запускающего импульса с выхода ключевого элемента 2 на тактирующий вход триггера 19 последний переключается, так как на информационном входе триггера 19 появляется сигнал, соответствующий низкому уровню напряжения (ключ 17 размыкается), на инверсном выходе триггера 19 появляется сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения (ключ 18 замыкается). Благодаря этому источник 21 отрицательного опорного напряжения подключается на вход интегратора 16. Выходное напряжение интегратора 16 нарастает в положительном направлении, приближаясь к уровню аналогового входного сигнала. После того, как выходное напряжение интегратора 16 достигает уровня входного сигнала на выходе блока 22 сравнения появляется высокий уровень напряжения. Следующий запускающий импульс изменяет состояния триггера 19. Теперь на вход интегратора 16 подключается источник 20 положительного опорного напряжения и процесс интегрирования продолжается в противоположном направлении до тех пор, пока выходное напряжение интегратора 16 не становится меньще входного сигнала.

Таким образом, выходное напряжение интегратора 16 изменяется аналогично аналоговому выходному сигналу и в зависимости от знака рассогласования входного сигнала и выхода интегратора 16 осуществляется переключение триггера 19. На выходе модулятора 4, соединенном с инверсным выходом триггера 19, напряжение представляет собой модулированные по длительности импульсы, пропорциональные скорости нарастания входного сигнала. О том, что длительность импульсов пропорциональна скорости нарас- тания входного сигнала говорит тот факт, что скорость интегрирования интегратора 16 остается постоянной, а скорость изменения входного сигнала - переменной.

Импульсы с выхода модулятора 4 посту- пают на генератор 5 ступенчатого напряжения, на выходе которого сигнал приобретает форму ступенчато нарастающего напряжения. В компараторе 6 сигнал с выхода генератора 5 ступенчатого напряжения сравнивается с входным аналоговым сигналом. Пока ступенчатое напряжение на выходе генератора 5 меньше напряжения аналогового входного сигнала, на выходе компаратора 6 действует сигнал логического нуля. Когда ступенчатое напряжение больше на- пряжения входного сигнала, на выходе компаратора 6 появляется логическая единица. Положительный перепад выходного напряжения компаратора 6 запускает триггеры блока 8.

На информационные входы блока 8 триг- геров поступает кодовая комбинация с выходов счетчика 3, на вход которого поступают импульсы с частотой fi с задающего генератора 1 через ключ 2. До тех пор, пока на трак- тирующем входе блока 8 триггеров присутствует логическая единица кодовая комбина- ция с выходов счетчика 3 непрерывно переписывается в блок 8 триггеров. При переключении компаратора 6 в нуль перепись прекращается и блок 8 триггеров хранит записанную в него информацию.

Кодовые комбинации на выходах счетчи- ка 3 представляют в цифровой форме длительность одной выборки аналогового сигнала. По мере изменения аналогового входного сигнала на выходах блока 8 триггеров появляется набор цифровых данных, точно отражающих длительность аналогового сигнала. Выходы блока 8 триггеров осуществляют соответствующую коммутацию ключей блоков 14 и 15 пропорционального 12 и интегрального 11 регулирующих элементов. Программа секций резисторов определяется

кривой Крт Ц)Блоки 4-6 осуществляют выборку моментов записи состояния счетчиков 3 в блок 8 триггеров в зависимости от скорости изменения и длительности входного сигнала, а блок 3 совместно с генератором 1 осуществ- ляют определение величины длительности в момент переписи. Так как процесс изменения настройки регулятора протекает во время протекания тока, то устраняется запаздывание, имеющее место в прототипе. Имеет место

только аппаратурное запаздывание.

При исчезновении тока в опорной цепи электропривода срабатывает нуль-орган 9, реагирующий на спадание тока, и через элемент ИЛИ 10 проходит сигнал, размыкающий ключевой элемент 2, который одновременно сбрасывает в нуль генератор 5 ступенчатого напряжения, счетчик 3, блок 8 триггеров. За время каждого импульса настройка регулятора меняется от Крт максимально возможного до Крш текущего, т. е. осуществляется слежение за текущей длительностью, а не за прошедший пульс. На фиг. 3 и 4 приведены диаграммы напряжения для чисто активной нагрузки. На фиг. 5, .6 приведены диаграммы для наиболее распространенной активно-индуктивной нагрузки.

В процессе работы величина может меняться (например, переключение обмоток трансформатора), а следовательно, будет меняться и скорость роста входного сигнала. При работе на обмотку возбуждения учет скорости роста имеет особое значение, так как ряд параметров объекта (например, постоянных вихревых токов) зависят от производной входного сигнала.

При известной разрядности счетчика 3, а следовательно, и блока 8 триггеров (хотя разрядность блока 8 триггеров может быть меньще разрядности счетчика 3) частота задающего генератора

f - Л 2я

где а - основание системы счисления, в которой работают элементы устройства-,

N- разрядность счетчика 3.

В режиме непрерывного тока, в первый момент появления якорного тока электропривода, регулятор начинает работать аналогично. По истечении времени С 2я/т срабатывает реле 7 времени и через элемент ИЛИ 10 проходит сигнал, который отключает задающий генератор 1 от дельта-модулятора 4 и сбрасывает в нуль генератор 5 ступенчатого напряжения, счетчик 3, блок 8 триггеров, и настройка регулятора соответствует режиму непрерывного тока.

Таким образом, адаптивный регулятор обеспечивает оптимальную настройку контура регулирования тока как в режиме прерывистого, так и в режиме непрерывного тока, т. е. с высокой точностью обеспечивает линеаризацию характеристики вентильного преобразователя по току нагрузки.

Формула изобретения

1. Адаптивный регулятор, содержащий генератор, выход которого через управляемый вход ключевого элемента соединен со счетчиком, два блока коммутации, выход одного из которых соединен с входом пропорционального регулирующего элемента, выход другого - с входом интегрального регулирующего элемента, причем выходы обоих регулирующих элементов соединены с входом

сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности линеаризации характеристики преобразователя по току нагрузки, в него введены генератор ступенчатого напряжения, компаратор, реле времени, нуль- орган, элемент ИЛИ, модулятор длительности импульсов, пропорциональной скорости нарастания входного сигнала, и блок триггеров, информационные входы которого соединены с выходами счетчика, тактирующий с выходом компаратора, первый вход которого соединен с первым входом указанного модулятора, второй через генератор ступенчатого напряжения - с выходом модулятора, первый вход которого является входом адаптивного регулятора и соединен с входами элемента ИЛИ соответственно через реле времени и нуль-орган, выход элемента ИЛИ соединен с установочными входами генератора ступенчатого напряжения, счетчика, блока триггеров, выходы которого соединены с управляющими входами блоков коммутации и управляющим входом ключе

вого элемента, выход которого соединен с вторым входом модулятора.

2. Регулятор, по п. 1, отличающийся тем, что модулятор длительности импульсов, пропорциональной скорости нарастания входного сигнала, выполнен в виде интегратора, двух ключей, триггера, двух источников положительного и отрицательного опорных напряжений и блока сравнения, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого является вторым входом модулятора, прямой выход триггера соединен с управляющим входом первого ключа, инверсный выход - с управляющим входом второго ключа и является выходом модулятора, управляемые входы первого и второго ключей соединены с источниками положительного и отрицательного опорных напряжений соответственно, выходы ключей соединены с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого является первым входом модулятора.

Изобретение относится к системам управления тиристорными преобразователями. Цель изобретения - повышение точности линеаризации характеристики преобразователя по току нагрузки. Модулятор 4 длительности импульсов (МДИ), генератор 5 ступенчатого напряжения (ГСН) и компаратор 6 в зависимости от скорости изменения и длительности входного сигнала осуществляют выборку моментов записи состояния счетчика 3 в блок 8 триггеров (БТ). Счетчик 3 и задающий генератор 1 .определяют величину длительности сигнала в момент записи. Сигналы с выхода БТ 8 осуществляют управление ключами блоков 14 и 15 коммутации (БК). БК 14 и 15 вырабатывают сигналы управления для интегрального 11 и пропорционального 12 регулирующих элементов, которые совместно с сумматором 13 изменяют настройку регулятора. Введение в регулятор ген 5, компаратора 6, реле 7 времени, нуль-органа 9, элемента ИЛИ 10, МДИ 4 и БТ 8 позволяет изменить настройку регулятора за время каждого входного импульса в режимах прерывистого и непрерывного токов путем отслеживания за текущей дли- 5g тельностью импульса, а не за прошедшей, - что обеспечивает достижение поставленной j) цели. 1 3. п. ф-лы, 6 ил. Ю Ю сх ;о

I Выкод

SflOHQ П

П П

1

Вы)(од блока 5

Выход 6

сИ

К.

pmf(

Фиг.

Фиг.

Выход

5мка 22

п п п

а

1

П П 1,П

п п пп

Выход длока 5

1

v

Р т А

Фиг. 5

Редактор И. Касарда Заказ 2008/54

Составитель О. Парфенова

Техред И. ВересКорректор А. Обручар

Тираж 63 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

иг.б